浅谈水利工程大坡度斜井抽排水的方法

浅谈水利工程大坡度斜井抽排水的方法

李晓成

中铁十二局集团第二工程有限公司   030032

摘要：众所周知，水利水电施工工程普遍都在地下进行作业，大坡度斜井这种辅助坑道又经常被应用在水利工程之中。本文对水利水电工程大坡度斜井抽排水的方法与注意事项进行总结，达到全面提高施工安全性和有效性目标。

关键词：水利工程，大坡度斜井，抽排水。

引言

随着国内水利工程的快速发展，暴漏的施工难题也越来越多，在解决问题的过程中，行业技术也越来越精湛。但是仍然有些问题经验不足，在施工中造成比较大的困难。今天就来谈一谈大坡度斜井施工过程中抽排水的方法，仅限于斜坡段开挖过程中的抽排水方法。大坡度斜井主要指坡度在21度以上的斜井。

1水利工程的重要性以及大坡度斜井应用的利弊

在水利工程的修建过程中，发现我国的水资源分布不均匀，同时这也是我国水资源的基本国情。水资源的供不应求更是我国可持续发展的重要阻碍。随着我国经济建设的迅猛发展，工业化不断的发展，城镇化逐渐的深入，我国水利工程的发展形势越来越严峻。

大坡度斜井目前在水利水电行业应用越来越广泛，相比较与坡度较小的斜井，大坡度斜井的优势更加明显，首先是长度，大坡度斜井一般长度较短，施工产生的渣土较少，占用的地表资源相应也越少；其次是节约能源，大坡度斜井一般都采用使用电力的绞车系统作为主要动力来源，电力属于清洁能源，可以减少对环境的污染。弊端主要有大坡度对于抽排水系统很不友好，反坡排水难度很大，各种设备在斜坡上的装运难度较大。

2大坡度斜井抽水的重要性

   大坡度斜井在开挖过程中，一旦遭遇涌水，如果抽排水不及时的话，水位会不断上升，淹没大量的电力机械设备，造成生命财产安全事故。所以说大坡度斜井的抽排水的保证，是施工的生命线，水不能排出去，其他一切都是空谈。

3大坡度斜井抽排水方案方法的确定

   一般来说，大坡度斜井在施工之前，都会收到来自设计勘察单位的水文勘察资料，大概可以知道施工中会面临的抽排水压力。那么在施工之前就应该确定抽排水的方案，包括电力配置，抽排水设备选型，管道布置，集水井布置，突发事件预警方案等等。当然对于大坡度斜井的涌水除了强排还有其他方法，包括灌浆堵水等，今天暂且不谈。

4大坡度斜井抽排水的具体方法

4.1水泵选型

     抽排水的设备主要为水泵，这是抽排水的主要工作设备。常见水泵一般按使用工况可以分为潜水泵和离心泵，潜水泵的电机和叶轮往往是组合在一起的，外面密封严实，将整个泵放进水中抽水，通过浸泡在水体中俩降温，此种水泵适用性较强，应用比较广泛，但是电机转速较低，扬程和流量往往大打折扣。离心泵的应用工况一般较为严苛，电机和泵体一般是分离的，电机和泵体需要放在干燥的环境中通过自吸或者底阀泵供水到泵体中进行工作，但是此种水泵工效较高，扬程和流量一般都比较大，另外水泵的指标主要有功率、扬程、流量，这三个指标相互制约，功率越大的水泵一般体积越大，在功率不变的情况下，扬程和流量基本上呈反比。随着大坡度斜井的掘进，高差会逐渐增加，选用的水泵的扬程也需要相应增加，一般掘进至地下水位线以下时，便会出现涌水，这时就需要安装水泵进行抽排。

掌子面的水泵需要体积较小的潜水泵，方便工人搬运，进行定点抽排，并且功率不应大于22KW，因为功率过大的话，需要进行软启动。就目前国内生产水泵的综合水平，在隧道掌子面应用比较广泛的水泵为7.5KW、11KW、15KW，根据涌水量大小进行数量的调配。水仓一般需要扬程相对较高、流量较大的水泵。

4.2集水仓布置

大坡度斜井在掘进过程中，往往要在一侧布置集水仓，为什么必须布置集水仓呢？主要有两点。

第一，掌子面的使用的水泵扬程有限，随着斜井掘进的高差变大，掌子面的涌水便不能直接排出洞外。

第二，在富水斜井中，涌水电一般较多，并且分布不规律，在初支完成后往往还会有多个渗水点，而集水仓可以有效的将这些零散的涌水汇聚起来，防止涌水全部流到掌子面，加大掌子面的抽排压力以及施工难度。

集水仓又可以分为主要水仓和次要水仓。主要水仓抽排水压力较大，一般在涌水量较大的段落设置，主要汇集较大的涌水和来自次要水仓的排水，水泵优先选择离心泵，将涌水直接排出洞外。次要水仓一般是用来汇集多股涌水的，通过一些扬程一般的水泵将水抽排到主要水仓。

集水仓布置的间距需要根据掌子面水泵的扬程来决定，因为掌子面水泵的工作状况限制了水泵的扬程，在保证正常流量的前提下，15KW潜水泵的扬程可以达到35米，再加上来自管道的损失，折合下来也就只有30米的扬程，那么集水仓就需要在高差达到30米的地方设置。

集水仓中水泵的配置条件比较宽松，首先选择离心泵，因为集水仓的位置比较固定，抽排环境相对良好，同时离心泵的扬程较高，流量较大，一般可以进行。也可以选择潜水泵在放在次要水仓中进行倒水。

4.3管道选型与配置

一般来说，水泵的出水口都有规定的口径，这取决与水泵的功率与扬程。水利工程富水隧道中一般使用的水泵出水口的口径有DN50、DN100、DN150、DN200等。管道的口径最好与水泵的出水口口径匹配，当然也可以通过变径钢管来改变管道口径，但是这就要考虑管道的变化会带来管损变化，尤其是增大管道的口径，会降低扬程，造成排水功效降低。

在永久性的水仓中，一般选择“一泵一管”，泵与泵之间的水流不会相互干扰。如果确有需要采用多个水泵共用一条管道的话，要保持各个水泵的型号相同，以免相互干扰。

管道与水泵的接头处需要加装逆止阀，防止在水泵停机的刹那产生的“水锤效应”对水泵内部构件的冲击，如果是转速较高的自吸泵，则需要加装电磁逆止阀，通过感应水流的变化自动调整流量，减少水流对水泵的冲击。多台水泵共用一条管道时，每条分支管道上必须加装逆止阀，防止水流回转，对其他水泵造成干扰。

4.4电力配置

   所有的水泵都是需要电力来驱动的，如果电力跟不上，水泵难以发挥正常的功效，并且会造成水泵电机的损坏。一般来说，低于22KW的水泵可以直接接入低压电，超过22KW的水泵则需要进行软启动，减弱瞬时启动电流，保护用电器。

大坡度斜井在完成井底大型主水仓之后，应采用一泵到顶的方式进行抽排水，尽量不采用中间接力的倒水方案，这样可以减少中间过程中的水泵的使用，节约电力资源，降低后期的水泵维修保养成本和难度。

结语

目前，在国内，由于抽排水设备的逐渐先进，相应的抽排水方案也是日臻完善，但是想要进一步发展，还需要综合新兴科技，加快设备的科学创新，将水泵等设备进行轻量化，叶轮材料进行革新，才能更好的服务于复杂的隧道施工。

参考文献：
　　[1] 姚勇强，莫文，梁仁强，等. 深埋长隧洞斜井混凝土运输方案研究[J].人民长江，2021，52（1）：129-133.
　　[2] 赵勇，赵天熙. 长距离大坡度斜井运输系统分析[J].西部探矿工程，2005（增1）：208-209.
　　[3] 吴友. 长大隧道“正洞无轨+斜井皮带机”出碴技术研究[J].铁道建筑技术，2021（3）：104-107.